АСУ ТП турбоагрегата №5 Пензенской ТЭЦ-1 АО "Пензаэнерго"

ТУРБИНА - ПТ-60/75-90/13, одновальный двухцилиндровый агрегат с двумя регулируемыми и четырьмя нерегулируемыми отборами, с параметрами свежего пара перед стопорным клапаном 90 кгс/см² и температурой 535 °С, номинальная мощность 65 Мвт, частота вращения 3000 об/мин, давление в производственном отборе 13 кгс/см². 

ТУРБОГЕНЕРАТОР - синхронный трехфазный с воздушным охлаждением типа ТФ-60-2УЗ, активная мощность 63 Мвт. 

АСУ ТП - распределенная система управления, включающая в себя следующие подсистемы: 

• сбора и отображения информации 
• автоматического регулирования 
• дискретно логического управления 
• противоаварийных защит и блокировок. 

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ: 

• контроллеры TREI-05B
• станции машиниста и начальника смены на базе промышленных компьютеров и 20" мониторов с повышенной защитой от электромагнитных полей
• сетевые средства - 10 Мб ETHERNET со 100% резервированием
• станция архивирования в комплекте со сменными магнитооптическими дисководами (230 Мб)
• станция инжиниринга
• принтеры
• программное обеспечение - пакет программ "КРУГ-2000"
• конструктивы - 19" шкафы (RITTAL) 

Поставка АСУ ТП осуществлялась "под ключ" после проведения испытаний и обучения эксплуатационного персонала на полигоне. 
Работы по разработке, комплектации и внедрению АСУ ТП были выполнены за 6 месяцев. 

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ АСУ ТП ТУРБОАГРЕГАТА №5 ПЕНЗЕНСКОЙ ТЭЦ-1 

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

1.1 Цель создания АСУ ТП: 

• увеличение экономичности работы 
• повышение надежности работы оборудования 
• улучшение эксплуатационных характеристик оборудования 
• повышение производительности и улучшение условий труда эксплуатационного персонала 
• выполнение требований безопасности 

1.2 Информационная мощность АСУ ТП Общее количество входных/выходных сигналов - 1234, в том числе: 

• контролируемых аналоговых сигналов (расход, уровень, температура, вибрация, и т.п.) - 310 
• контролируемых дискретных сигналов (с учетом состояния запорной арматуры) - 290 
• дискретных управляющих сигналов - 55 
• контуров регулирования - 13 
• запорной арматуры - 98 
• противоаварийные защиты и блокировки (100% резервирование)
• аналоговые параметры - 30 
• входные дискретные - 130 
• выходные дискретные - 210 

1.3 Состав оборудования 

• количество рабочих мест машиниста - 2 
• АРМ старшего машиниста - 1 
• АРМ начальника смены - 1 
• устройство печати - 2 
• станция инжиниринга - 1 
• станция архивирования - 1 
• контроллеры ТРЕЙ-05В - 9 (контроллеры установлены в 4 монтажных шкафа) 
• комплект сетевого оборудования на базе 10 Мб технологии ETHERNET cо 100%-ым резервированием 
• система бесперебойного питания - 1 (со 100% резервированием) 
• источники питания внешних цепей (=24В) - 10 

2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСУ ТП ТУРБОАГРЕГАТА №5 ПЕНЗЕНСКОЙ ТЭЦ-1 

Структурная схема АСУ ТП турбоагрегата №5 Пензенской ТЭЦ-1 приведена на рис.1. 

ПТК сочетает в себе высокие характеристики надежности, точности, вычислительной мощности, модульности и простоты эксплуатации. 

2.1 Динамика работы АСУ ТП в целом 

1. Минимальный период опроса датчиков на контроллере: 

• 100 мксек - дискретный вход 
• 1 мс - аналоговый вход 

2. Минимальное время реакции на аварийные сигналы: 

• при обработке в целях аварийной защиты на уровне контроллеров - от 7 до 100 мксек 
• при передаче к пультам оператора - 200 мсек. 

3. Цикл смены данных на пульте оператора при наличии до 200 динамических элементов в кадре от 0,15 до 1 сек. 

Цикл смены кадров - 0,2 до 1,5 сек. 

4. Минимальное время реакции на команду оператора - 0,2 сек. 

5. Время полного перезапуска системы после перерыва питания - 30 сек. 

6. Время полного перезапуска контроллеров после перерыва питания -20 сек. 

2.2 Основные характеристики системы визуализации и хранения информации: 

1. Видеокадры: 

• количество стандартных видеокадров - 175; 
• количество мнемосхем - 46; 
• количество динамических элементов на одном кадре - ограничено только размером экрана. 

2. Сигнализация: 

• типы сигнализации - 5; 
• виды сигнализации - световая, звуковая (2 уровня); 
• количество запоминаемых в памяти станцией машиниста сообщения - 1024. 

3. Тренды: 

• исторические тренды - 512;
• периодичность обновления исторических трендов - 1 мин.; 
• глубина тренда - 6 суток; 
• оперативные тренды -256; 
• часовые тренды - до 147; 
• сменные тренды - до 147; 
• суточные тренды - до 147. 

2.3 Показатели надежности 

Время наработки на отказ контроллера - 75 000 часов. 
Время наработки на отказ контроллера в дублированном исполнении 150 000 часов. 

2.4 Основные компоненты 

1. Контроллеры ТРEI-5В - обеспечивают ввод, обработку и вывод всех сигналов датчиков турбины. Контроллер TREI-5В это компактное проектно компонуемое многофункциональное аттестованное устройство в конструктиве "Евромеханика"19''. 

Основные характеристики: 

• процессор - 486DX4/75 Мгц · энергонезависимое ОЗУ - до 512 Кб 
• память программ пользователя - 4 Мб 
• количество входных/выходных сигналов любого типа - до 576 
• индивидуальная гальваническая развязка по всем видам входов/выходов - 1500 В 
• гальваническая развязка между каналами - 1500В 
• размеры плат: 9HE 
• стандарт сети - ETHERNET IEEE 802.3 
• стандарт протокола - TCP/IP 
• стандарт шины вычислительного блока - ISA 2. 

Станции машиниста (100%-ое горячее резервирование) - на базе промышленных компьютеров (Pentium 100) в комплекте с промышленными графическими 20" мониторами с повышенной защитой от электромагнитных полей и функциональными клавиатурами; 

- Информационные функции 

• измерение и контроль параметров 
• обнаружение, сигнализация и регистрация отклонений параметров от установленных границ 
• ручной ввод данных 
• формирование и выдача оперативных данных 
• архивирование предыстории параметров на жестком магнитном диске 
• расчетные задачи 
• анализ срабатывания блокировок и защит 

- Управляющие функции 

• реализация контролером режима непосредственного цифрового регулирования импульсными регуляторами 
• выдача со станции машиниста сигналов задания регуляторам
• выдача дискретных управляющих воздействий с функциональной клавиатуры на контроллер. 

Выдача управляющих воздействий осуществляется с видеокадров "ГРУППА" и c мнемосхем. 

Управление дискретными исполнительными механизмами осуществляется нажатием кнопок "ОТКР/ВКЛ", "ЗАКР/ВЫКЛ", "СТОП". Система обеспечивает контроль прохождения команды с клавиатуры на монитор и контроллер. 

Команды управления имеют наивысший приоритет по сравнению с другими функциями системы. Величины управляющих воздействий и изменения логических состояний регистрируются в "ПРОТОКОЛЕ СОБЫТИЙ". 

- Вспомогательные функции 

• тестирование и самодиагностика комплекса технических средств ПТК системы; 
• перенастройка системы (реконфигурация программного обеспечения); 
• подробная экранная помощь; 
• коррекция времени. 

3. Станция архивирования - обеспечивает реализацию следующих функций (задач):

• чтение файлов данных, находящихся на жестком диске станции машиниста (исторические тренды, режимные листы, протоколы событий, протоколы предаварийных и послеаварийных сообщений); 
• формирование архивной базы данных всей системы контроля и управления, привязанной к астрономическому времени и датам; - упаковка/распаковка архивируемых данных; 
• визуализация (просмотр) архивируемых данных, хранящихся на жестком диске станции архивирования; 
• копирование архивных данных на съемные магнитооптические дискеты объемом 230 Мб; 
• просмотр архивных данных, хранящихся на съемных дисках (не в режиме реального времени); 
• печать архивных данных. 

Информация из архива представляется в виде графиков (трендов), таблиц, протоколов на мониторах и устройствах печати. 
Архивная информация доступна для использования в расчетных задачах. 

4. Станция инжиниринга работает в качестве одного из абонентов сети в следующих режимах: 

1. режим реального времени; 
2. автономный режим для выполнения сервисных функций 
3. автономный режим для выполнения пользовательских задач 

Станция инжиниринга обеспечивает реализацию следующих функций (задач): 

• работа в качестве дублирующей станции любой из станций оператора сети в режиме реального времени 
• генерация программного обеспечения станции оператора (в автономном режиме) 
• внесение изменений в программное обеспечение функционирующих станций оператора 
• выдача команды коррекции системного времени в режиме реального времени для всех станций оператора 
• чтение файлов, находящихся на жестком диске станций оператора, их визуализация и сохранение на гибких дисках 
• просмотр архивных данных 
• периодическое или по инициативе инженера обновление (копирование) параметров настроек станций оператора и контроллеров на станцию инжиниринга
• диагностика состояния сети
• загрузка (инициализация) программного обеспечения станций оператора и контроллеров после останова или замены после ремонта
• архивирование и протоколирование изменений, вносимых в программное обеспечение каждой станции оператора 
• генерация и внесение изменений в программное обеспечение контроллеров 
• создание и модификация динамических мнемосхем, библиотеки стандартных изображений 
• создание и модификация графических трендов 
• создание и модификация контуров управления и регулирования
• создание групп параметров, трендов, логических последовательностей и т.п.
• создание и модификация временных и постоянных отчетов и других документов
• создание новых и модификация существующих параметров
• подключение к системе и запуск новых программ пользователя 
• и т.д. 

5. Сетевые средства 

Локальная сеть АСУ ТП базируется на сетевой 10 Мбит/с ETHERNET технологии - витая пара. 
В качестве базового протокола сетевого взаимодействия использован протокол TCP/IР. 

6. Конструктивы 

Контроллеры TREI-5B установлены в 4 шкафах: 

• первый шкаф - подсистема защит действующих на останов (контроллер №1 и №2 - 100% горячее резервирование) 
• второй шкаф - подсистема блокировок (контроллеры №3 и №4 - 100% горячее резервирование) 
• третий шкаф - подсистем автоматического регулирования (контроллер №5) и подсистема дистанционного управления (контроллер №6) 
• четвертый шкаф - информационная подсистема (контроллеры №7,8,9) 

Шкафы выполнены в конструктивах фирмы RITTAL (1800x600x800) со стеклянной передней и металлической задней дверями, которые имеют встроенные запорные устройства. На задней плоскости расположены клеммники для внешних соединений, резервируемые источники питания внешних цепей и панель освещения. 

После сборки шкафов и изготовления контроллеров были проведены полигонные испытания всего оборудования, что позволило произвести комплексную проверку взаимодействия всех частей АСУ ТП и сократить сроки пусконаладочных работ на объекте до 3-х недель (включая датчики, исполнительные механизмы и кабельные трассы). 

На объект шкафы поставлялись в комплекте с установленными контроллерами и средствами сетевого обмена. 

В процессе создания АСУ ТП было проведено обучение технологического и обслуживающего персонала. 

ВЫВОДЫ 

Внедрение АСУ ТП обеспечило увеличение надежности и экономичности работы турбоагрегата за счет: 

• реализации более сложных алгоритмов контроля и управления; 
• обеспечения персонала более полной, достоверной и своевременной информацией о работе турбоагрегата; 
• улучшения диагностики оборудования и протекания технологических процессов. 

Кроме того, достигнуты следующие цели: 

• резкое уменьшение количества эксплуатируемого приборного оборудования; 
• резкое уменьшение площади, занимаемой оборудованием АСУ ТП в щитовой по сравнению с традиционными средствами автоматики; 
• обеспечение возможности создания интегрированной информационно-управляющей системы ТЭЦ в целом (при последующем развитии). 

В процессе данной работы создан головной образец ПТК, учитывающий специфические особенности турбоагрегата как объекта управления. Планируется оснащение подобными ПТК турбин данного класса как в АО "Пензаэнерго" так и на других предприятиях РАО ЕЭС России (Саранск, Волжский и др.). 

В работе по созданию и поставке системы принимали участие следующие организации: 

• Научно-производственная фирма "КРУГ" (г. Пенза) 
• ООО "TREI GMBH" (г. Пенза) 
• Фирма TREI GMBH (г. Штутгардт, Германия) 
• Акционерное общество "ЦКБ Энергоремонт" (г. Москва) 
• Белорусский теплоэнергетический научно-исследовательский институт - БелТЭИ (г. Минск) 
• Белорусский научно-исследовательский проектно - конструкторский институт промышленной энергетики -БелНИПИЭП (г Минск)